| Project/Area Number |
22K03841
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
酒井 克彦 静岡大学, 工学部, 教授 (80262856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下島 康嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50262887)
静 弘生 静岡大学, 工学部, 准教授 (80552570)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 切削加工 / レアメタルフリー切削工具 / 工具摩耗 / 純鉄系合金 / 切削工具 / コバルトフリー / 純鉄系軟磁性材料 / Coフリー超硬工具 / FeAlバインダー |
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| Outline of Research at the Start |
代表的な低磁気損失材料である純鉄系軟磁性材は一般的な構造用炭素鋼と比較して切削工具への溶着が激しいことや工具摩耗進行が早く工具寿命が著しく短いことなど問題点が多い．本研究では純鉄系軟磁性材料の切削加工にコバルトレスWC-FeAl超硬切削工具を適用することにより現状の加工法と比較して工具寿命が長く低コストかつ高精度・高表面品質な仕上げ面を得る加工法の開発を行う.さらに純金属の切削加工における急速な境界摩耗進行のメカニズムについて工具バインダー材料の影響の観点から解析し，効果的な境界摩耗抑制方法の提案を行うことを研究目的とする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年輸送機器の安全性や快適性の向上，エネルギー消費低減の観点からPHV用などの内燃機関をはじめステアリング，ブレーキシステムなどを電磁アクチュエーターによる制御が多用されている．これらの電磁アクチュエーターでは制御信号に対する応答性とエネルギー効率向上の目的で磁界を発生させるコイル鉄心として磁気特性が優れる純鉄軽合金が使用されている．これはC量が0.1％程度で延性が高く切削加工性に関しては一般的な構造用炭素鋼と比較し工具への溶着が高く摩耗速度が早いこと，加工ばりを生じやすいなどの問題があることが知られている．また，産業界では世界情勢の変化に伴い入手を海外に依存しているレアメタルの使用量削減への要求が高まっており，タングステンやコバルトを使用しないあらたな切削工具用材料の検討を行ってきた．昨年度までにTiCNーFeAl系焼結材で製作した切削工具による切削試験を通じて，純鉄軽合金切削加工において市販のサーメットと同等かやや高い耐摩耗性を持つ反面，境界部でチッピングが生じやすいことを明らかにしてきた．そこで本研究ではTiCN-FeAl材料の生成条件からボールミルによる混練時間，焼結温度，FeAl量が純鉄軽合金切削における工具摩耗や損傷に与える影響について系統的調査を行った．研究結果からボールミル混練時間120H，焼成時間1340℃，FeAl量が20wt%で境界摩耗が最も低く市販サーメット工具や超硬工具よりも優れた耐摩耗性が得られることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究開始当初（初年度）に問題となっていた，焼結材から切削試験に供するための切削工具作成にあたってワイヤー放電加工後に上下面の研削加工の次工程で行っていた切れ刃部分のホーニング加工仕上げのばらつきについて，従来研究分担者の方で行っていた工具製作を研究者自身の手配に切り替えた．この際に切削工具のコーナーR形状に合わせて適切なホーニングを行うためのホーニング盤と専用ジグを用いることによって切れ刃先端部をR20μm程度に均一に仕上げることに成功した．この事により前年度の結果のうち工具材種による工具摩耗試験結果の差異が，刃先の仕上げによるものではなく材料そのものの機械的性質に依存することがより明確となる成果を得た．さらにボールミル時間や焼結温度等の調整による焼結体の機械的性質変化と切削加工特性変化との相関を明確にするための基礎データを得ることができた．さらに本年度得られたデータから工具横切れ刃の逃げ面摩耗と境界摩耗の摩耗速度の違いに関する考察や，工具摩耗メカニズムにおける主材（TiCN）および結合剤(FeAl）の役割につき仮説・検証を行うための準備を整えることができた．以上より本課題研究の進捗状況は概ね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果をさらに発展させて考察を深めるために以下の実験及び解析を行う予定としている．まず，昨年度の実験結果から工具横切れ刃の逃げ面摩耗と境界摩耗の進行速度が異なる点について原因を解明するために切りくずやバリの硬さ試験，仕上げ面に生じる加工変質層厚さや硬さ分布の解析を実施し，この差異が材料に起因するのか工具材料の機械的・化学的性質に起因するかについて明らかにする予定である．さらに焼結材の生成条件が切削加工特性に影響を与える原因について，焼結材のSEM観察やEPMA分析を行いTiCN主材とFeAlバインダーの結晶粒成長や分散状態を通じて明らかにする予定である．さらにFeAl量を調整する際には焼結助剤であるAl2O3量も同時に変化することが想定され，これが施策加工特性に影響を与える可能性が考えられることから，FeAl量を同一としてAl2O3量を変化させた焼結材から切削工具を作成し，切削試験を通じた検討を行う予定である．
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